典型清狗电路的一个疑问

只看该作者 · 2011-9-13 16:19

该电路是典型的清看门狗电路的一部分，图中CLRWD为单片机发出来的方波脉冲信号，高电平为3.2，低电平为0，频率在100KHZ的样子，现在用示波器测得C51后端的电压波形为与CLRWD频率相同但高电平为1.8V，低电平为-1.5V的方波脉冲，现在我去掉C51，R80前端的电压为1V，按照我的理解，C51后端的方波幅值应该是高电平为1V,低电平为-2.2V才对，所以想不通啊，请大家帮我看看

3万 · 2011-9-13 19:57

本帖最后由 maychang 于 2011-9-15 21:01 编辑

图(1)是简单的半波整流电容滤波电路。简单地说，在交流输入的正半周期中，信号源经二极管对电容充电同时也有部分电流流过负载R，在交流输入的负半周期二极管截止，电容通过负载R放电。
如果信号源内阻可以忽略，二极管压降也忽略，在电阻R和电容C乘积远大于信号源周期情况下，负载R两端电压近似输入信号正峰值。这是电源基础知识。
图(1)

如果将二极管与电容位置对调一下，电路将如何工作？
由图(2)中可以看到，在正半周期信号源经二极管对电容充电，电容两端电压方向左正右负，电容充电电压可达信号负峰值，R两端电压为零。正半周期R两端电压为电源电压与电容两端电压叠加，R两端电压上负下正。
可以看出，这仍然是个整流电路。同时可以看出，电容C两端存在电压，当电容C与电阻R乘积远大于信号周期时，电容两端电压近似不变，大致上就是信号峰值。
同时应该看到：因为电容C不能通过直流，信号源S的直流成份不能施加到负载R上。亦即信号正负不对称也没有关系，甚至信号中直流成份大于交流成份峰值也并不影响结论。这一点与图(1)不同。
图(2)

问题再复杂化一些。如果电路中存在上拉电阻R1，并且二极管存在内阻R2，电路如何工作？
对交流而言，R1和R是并联关系。所以只要R1和R都足够大，对电路工作就没有什么影响，因为仍满足“电容C和电阻R乘积远大于信号周期”的条件。对直流来说，因为R1和电源电压存在，二极管中存在偏置电流，但因R1相当大，故偏置电流比较小，二极管工作点仅稍微偏离零点。
至于电阻R2，显然R2影响电容充电速度。只要R2远小于R1与R并联值，C充电速度就远大于C放电速度，因此前述结论仍然成立，只不过电路达到稳态的时间要随R2数值的增加而变慢，同时C两端电压没有R2为零时那么大，会稍微低一些，低多少要看R2与R1//R的比值。
图(3)

图(4)是楼主贴出来的实际电路。该电路与前面几幅图比较，负载R为无穷大，故不必画出。其中Vcc为4V，R1为10kΩ，R2为1kΩ，R3为10kΩ，C为10uF。
三极管的集电极施加有电源电压，也有负载电阻R3。三极管在集电极并非开路状态而是施加了电压状态下，其输入电压电流关系与集电极开路时稍有不同，但差别很小。对信号源和R2及电容C来说，工作状态与集电极开路大体相同。
由此，可以得出结论：就三极管发射结来说，这仍然是个整流电路。电路达到稳定时，电容C两端在输入信号和发射结作用下两端仍存在电压(就此图来说是左负右正)，其值略小于输入信号峰值。如果用示波器同时看电容C两端信号，可以发现电容C两端信号仅差一个直流电压，其它完全相同(这才是电容两端电压不能突变的意思)。如果用直流电压表测量电容C左端对地电压，将发现与没有输入信号时相比要负一些。如果用直流电流表测量三极管集电极电流，将发现与没有输入信号时相比要小一些。
顺便说一句：有时我们不需要三极管发射结的整流作用，希望把这种整流作用取消。这可以与三极管发射结反并联一支二极管来实现。
图(4)

3万 · 2011-9-13 16:28

“按照我的理解，C51后端的方波幅值应该是高电平为1V,低电平为-2.2V才对”
你这样理解，根据是什么？

只看该作者 · 2011-9-13 16:41

电容两端电平不能突变。

只看该作者 · 2011-9-13 16:45

当单片机CLEWD信号输出高电平时，C51前端电压为3.2V,C51后端电压为1V,电容两端压差为2.2V,所以当单片机CLEWD信号输出低电平时，由于电容两端电平不能突变，C51后端应该是-2.2V。

3万 · 2011-9-13 16:47

3楼：
电容两端电压不能突变，不是两端电平不能突变。
“图中CLRWD为单片机发出来的方波脉冲信号，高电平为3.2，低电平为0，频率在100KHZ的样子”
既然是方波，CLRWD信号已经发生了突变，即C51右端电平发生了突变。

只看该作者 · 2011-9-13 16:50

首先, 楼主的想法和分析方法是正确的.
但是在你的计算过程中, 忽略了单片机 IO 端口里面的驱动等效电阻了.
如果考虑上合适的内部电阻, 应该能够得到楼主观测到的值. 也同样发算出 IO 端口里的那个等效电阻了.
要说明的是, 由于端口里拉高和拉低是不同的 MOS 管实现的, 所以拉高和拉低的等效电阻是不同的.

只看该作者 · 2011-9-13 16:50

是的，两端电平是可以突变的，我说的也是这个意思，描述的有点问题。

只看该作者 · 2011-9-13 16:57

回六楼，我测得的3.2V是在C51前端的，你在六楼说的与单片机管脚的等效电阻有关，我好像没法理解。

3万 · 2011-9-13 16:59

6楼所言差矣！

只看该作者 · 2011-9-13 17:18

请MAYCHANG大哥解释下，呵呵

3万 · 2011-9-13 18:01

4楼和10楼：
“当单片机CLEWD信号输出高电平时，C51前端电压为3.2V,C51后端电压为1V。”
从这里开始错。
C51左端对地电压1V，是在没有CLRWD信号时测量的静态直流电压。之所以是1V，是因为Q9发射结压降0.7V
加上R80两端电压0.3V。
有CLRWD信号时，C51左端对地电压不是1V。因为Q9发射结具有强烈非线性(近似二极管)，CLRWD信号高电平使Q9基极电流增加和CLRWD信号低电平使Q9基极电流减少是不一样的。这个增加和减少不一样，相当于整流(这不大容易看清楚，能够看清楚是整流电路，你的模拟电路水平就提高了一点)。这个整流电路，使C51充电，方向是左负右正。

只看该作者 · 2011-9-13 19:42

回MAYCHANG大哥，您在11楼的回答，说实话，我真的理解不了。
首先,您说有CLRWD信号时，C51左端对地电压不是1V，你给出的理由是CLRWD信号高电平使Q9基极电流增加，我不明白的地方是，CLRWD信号高电平是通过如何的机理来影响Q9的基极电流的，至于后面的整流解释，我是半点都没有头绪了。希望MAYCHANG大哥再给我通俗的解释下。